قواعد بيانات رصد كيمياء الغلاف الجوي

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

على مدى القرنين الماضيين، أُجريت العديد من عمليات الرصد الكيميائي البيئي باستخدام منصات أرضية وجوية وفضائية متنوعة، ووُضعت في قواعد بيانات . العديد من هذه القواعد متاحة للعموم. جميع الأجهزة المذكورة في هذه المقالة تتيح الوصول العام إلى بياناتها عبر الإنترنت. تُعدّ هذه الرصدات بالغة الأهمية في تطوير فهمنا للغلاف الجوي للأرض وقضايا مثل تغير المناخ ، واستنزاف طبقة الأوزون ، وجودة الهواء . توفر بعض الروابط الخارجية مستودعات للعديد من مجموعات البيانات هذه في مكان واحد. على سبيل المثال، قاعدة بيانات كامبريدج للمواد الكيميائية الجوية، وهي قاعدة بيانات ضخمة بتنسيق ASCII موحد . كل رصد مُرفق بالظروف الجوية مثل درجة الحرارة ، ودرجة الحرارة الكامنة ، والارتفاع الجيوبوتنشالي ، وخط العرض المكافئ للارتفاع الجيوبوتنشالي .

عمليات الرصد الأرضية والبالونية

  • رصد شبكة رصد التغيرات في طبقة الستراتوسفير (NDSC) . تُعدّ شبكة رصد التغيرات في طبقة الستراتوسفير (NDSC) مجموعة من محطات الرصد عن بُعد عالية الجودة، تُستخدم لرصد وفهم الحالة الفيزيائية والكيميائية لطبقة الستراتوسفير. وتستهدف هذه الرصدات قياس الأوزون والمركبات الكيميائية الرئيسية المرتبطة به. تُشكّل شبكة رصد التغيرات في طبقة الستراتوسفير (NDSC) عنصرًا أساسيًا في الجهود الدولية لأبحاث الغلاف الجوي العلوي، وقد حظيت بدعم وكالات علمية وطنية ودولية، بما في ذلك اللجنة الدولية للأوزون، وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP)، والمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO). تشمل الأدوات والقياسات الرئيسية ما يلي: ليدار الأوزون (البيانات الرأسية للأوزون من التروبوبوز إلى  ارتفاع 40 كم على الأقل؛ وفي بعض الحالات، سيتم قياس أوزون التروبوسفير أيضًا). ليدار درجة الحرارة (البيانات الرأسية لدرجة الحرارة من حوالي 30 إلى 80  كم). ليدار الهباء الجوي (البيانات الرأسية للعمق البصري للهباء الجوي في الطبقة السفلى من الستراتوسفير). ليدار بخار الماء (البيانات الرأسية لبخار الماء في الطبقة السفلى من الستراتوسفير). قياسات الأوزون بالموجات الميكروية (الملامح الرأسية للأوزون في طبقة الستراتوسفير من 20 إلى 70  كم). قياسات بخار الماء بالموجات الميكروية (الملامح الرأسية لبخار الماء من حوالي 20 إلى 80 كم). قياسات ثاني  أكسيد الكلور بالموجات الميكروية (الملامح الرأسية لثاني أكسيد الكلور من حوالي 25 إلى 45  كم، حسب خط العرض). مطياف الأشعة فوق البنفسجية/المرئية (وفرة الأوزون، وثاني أكسيد النيتروجين ، وفي بعض خطوط العرض، حمض البيركلوريك وحمض البروم). مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (وفرة مجموعة واسعة من المركبات تشمل الأوزون، وحمض الهيدروكلوريك، وأول أكسيد النيتروجين، وثاني أكسيد النيتروجين ، وحمض البيركلوريك ، وحمض النيتريك ) .
  • رصدات جهاز MkIV . يُعدّ جهاز التداخل MkIV مطيافًا يعمل بتقنية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وقد صُمّم وبُني في مختبر الدفع النفاث عام 1984، لاستشعار تركيب الغلاف الجوي للأرض عن بُعد باستخدام تقنية قياس طيف الامتصاص الشمسي. وقد انبثق هذا المشروع من مخاوف من أن الملوثات التي من صنع الإنسان (مثل مركبات الكلوروفلوروكربون وعوادم الطائرات) قد تُؤثر على طبقة الأوزون. منذ عام 1984، شارك جهاز التداخل MkIV في ثلاث حملات جوية قطبية لطائرات DC-8 التابعة لناسا، وأكمل بنجاح 15 رحلة بالونية. إضافةً إلى ذلك، أجرى جهاز التداخل MkIV أكثر من 900 يوم من عمليات الرصد الأرضية من مواقع مختلفة، بما في ذلك محطة ماكموردو في القارة القطبية الجنوبية عام 1986.
  • رصدات السونْد . يُعدّ المركز العالمي لبيانات الأوزون والأشعة فوق البنفسجية (WOUDC) أحد المراكز العالمية الخمسة للبيانات التابعة لبرنامج مراقبة الغلاف الجوي العالمي (GAW) التابع للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO). يُشغّل المركز قسم الدراسات التجريبية التابع لدائرة الأرصاد الجوية الكندية (MSC)، والتي كانت تُعرف سابقًا باسم دائرة البيئة الجوية (AES) التابعة لوزارة البيئة الكندية، ويقع مقره في تورنتو. بدأ المركز مسيرته باسم مركز بيانات الأوزون العالمي (WODC) عام 1960، وأصدر أول منشور له بعنوان "بيانات الأوزون للعالم" عام 1964. في يونيو 1992، وافقت دائرة البيئة الجوية على طلب من المنظمة العالمية للأرصاد الجوية لإضافة بيانات الأشعة فوق البنفسجية إلى بيانات مركز بيانات الأوزون العالمي. ومنذ ذلك الحين، أُعيد تسمية المركز إلى المركز العالمي لبيانات الأوزون والأشعة فوق البنفسجية (WOUDC)، ويتكون من جزأين: مركز بيانات الأوزون العالمي (WODC) ومركز بيانات الأشعة فوق البنفسجية العالمي (WUDC).

عمليات الرصد الجوي

  • عمليات الرصد الجوي . نُفذت العديد من الحملات الجوية كجزء من برنامج العلوم شبه المدارية، ويُقدم مكتب مشروع علوم الأرض نظرة عامة على هذه الحملات. ويمكن الوصول إلى البيانات من أرشيف مكتب مشروع علوم الأرض .
  • ملاحظات برنامج موزايك . بدأ برنامج موزايك (قياس الأوزون وبخار الماء بواسطة طائرات إيرباص العاملة) عام 1993 بمبادرة من علماء أوروبيين وشركات تصنيع طائرات وشركات طيران لجمع بيانات تجريبية. يهدف البرنامج إلى فهم الغلاف الجوي وكيفية تغيره تحت تأثير النشاط البشري، مع التركيز بشكل خاص على تأثيرات الطائرات. يتضمن برنامج موزايك قياسات آلية ومنتظمة للأوزون وبخار الماء بواسطة خمس طائرات ركاب طويلة المدى تحلق في جميع أنحاء العالم. والهدف هو بناء قاعدة بيانات ضخمة للقياسات تسمح بدراسة العمليات الكيميائية والفيزيائية في الغلاف الجوي، وبالتالي التحقق من صحة نماذج نقل المواد الكيميائية العالمية. توفر بيانات موزايك، على وجه الخصوص، بيانات مناخية مفصلة للأوزون وبخار الماء على ارتفاع 9-12  كيلومترًا، حيث تنبعث معظم عوادم الطائرات دون سرعة الصوت، وهو نطاق بالغ الأهمية (مثل التبادلات الإشعاعية وتبادلات S/T) لا يزال غير موصوف بدقة في النماذج الحالية. سيكون هذا مفيدًا لتحسين فهم العمليات التي تحدث في طبقة التروبوسفير العليا/طبقة الستراتوسفير السفلى، ومعالجة النماذج للكيمياء والنقل بالقرب من التروبوبوز. بيانات MOZAIC محدودة الوصول، وللحصول على إمكانية الوصول إليها، يجب تعبئة النماذج المطلوبة.
  • ملاحظات مشروع كاريبك . مشروع كاريبك (طائرة مدنية للتحقيق المنتظم في الغلاف الجوي باستخدام حاوية أجهزة) هو مشروع علمي مبتكر لدراسة ورصد العمليات الكيميائية والفيزيائية الهامة في الغلاف الجوي للأرض. تُجرى قياسات تفصيلية وشاملة خلال رحلات طويلة المدى على متن طائرة إيرباص A340-600 "ليفركوزن" ( http://www.flightradar24.com/data/airplanes/D-AIHE/ ). نستخدم حاوية شحن جوي مزودة بأجهزة علمية آلية، موصولة بمدخل للهواء والجسيمات (الهباء الجوي) أسفل الطائرة. على عكس مشروع موزايك، يُثبّت مشروع كاريبك على طائرة واحدة فقط، ولكنه يقيس نطاقًا أوسع بكثير من مكونات الغلاف الجوي ( كاريبك -> الأجهزة ). يُدمج كل من مشروعي كاريبك وموزايك في نظام IAGOS . تتوفر البيانات للفترة من 1998 إلى 2002 ومن 2004 حتى الآن. يمكن طلب ذلك عبر CARIBIC -> الوصول إلى البيانات .

ملاحظات مكوك الفضاء

  • ملاحظات جهاز ATMOS . يُعدّ جهاز مطيافية الجزيئات النزرة في الغلاف الجوي (ATMOS) مطيافًا يعمل بالأشعة تحت الحمراء (مقياس تداخل بتحويل فورييه) مصممًا لدراسة التركيب الكيميائي للغلاف الجوي. في هذا القسم، ستتمكن من قراءة معلومات عامة ومفصلة حول سبب وكيفية عمل الجهاز. حلّقت أداة ATMOS أربع مرات على متن مكوك الفضاء منذ عام 1985. وقد طُوّر الجهاز السابق لـ ATMOS، الذي كان يُحلّق على متن الطائرات ومنصات البالونات عالية الارتفاع، في أوائل سبعينيات القرن الماضي نتيجةً للقلق بشأن تأثيرات نواتج عوادم النقل الأسرع من الصوت على طبقة الأوزون. أُعيد تصميم التجربة لمكوك الفضاء عندما تم اكتشاف احتمالية تدمير الأوزون بواسطة مركبات الكلوروفلوروكربون المصنّعة، وأصبحت الحاجة إلى قياسات عالمية أمرًا بالغ الأهمية.
  • رصدات كريستا . كريستا اختصار لـ"مطياف وتلسكوبات الأشعة تحت الحمراء المبردة بالغلاف الجوي". وهو تجربة فضائية لمسح أطراف الغلاف الجوي، صممتها وطورتها جامعة فوبرتال لقياس انبعاثات الأشعة تحت الحمراء من الغلاف الجوي للأرض. مجهزة بثلاثة تلسكوبات وأربعة مطيافات، ومبردة بالهيليوم السائل، تلتقط كريستا خرائط عالمية لدرجة الحرارة والغازات النزرة في الغلاف الجوي بدقة أفقية ورأسية عالية جدًا. يُمكّن هذا التصميم من رصد التراكيب الديناميكية الصغيرة في  نطاق ارتفاع يتراوح بين 15 و150 كيلومترًا.

رصد الأقمار الصناعية

  • ملاحظات ACE . قمر ​​تجربة الكيمياء الجوية (ACE)، المعروف أيضًا باسم SCISAT-1 ، هو قمر صناعي كندي يقوم بقياسات الغلاف الجوي للأرض ويتبع إرث ATMOS.
  • رصد القمر الصناعي أورا . يحلق أورا ضمن تشكيل مع مجموعة أقمار ناسا EOS "A Train"، وهي مجموعة من عدة أقمار صناعية أخرى (أكوا، وكاليبسو، وكلاودسات، وباراسول الفرنسي). يحمل أورا أربعة أجهزة لدراسة كيمياء الغلاف الجوي: MLS ، وHIRDLS، وTES، وOMI.
  • رصدات جهاز ILAS . جهاز ILAS (مطياف الغلاف الجوي المحسّن للأطراف)، الذي طورته وزارة البيئة اليابانية (وكالة البيئة سابقًا)، مُثبّت على متن القمر الصناعي ADEOS (القمر الصناعي المتقدم لرصد الأرض). في 17 أغسطس 1996، أُطلق القمر الصناعي ADEOS بواسطة الصاروخ H-II من مركز تانيغاشيما الفضائي في اليابان (وأُعيد تسمية ADEOS إلى "ميدوري")، وتوقف عن العمل في 30 يونيو 1997. تتم معالجة البيانات التي يحصل عليها جهاز ILAS وأرشفتها وتوزيعها من قِبل المعهد الوطني للدراسات البيئية.
  • رصدات جهاز POAM . طُوّر جهاز قياس الأوزون والهباء الجوي القطبي الثاني (POAM II) من قِبل مختبر الأبحاث البحرية (NRL) لقياس التوزيع الرأسي للأوزون الجوي، وبخار الماء، وثاني أكسيد النيتروجين، وامتصاص الهباء الجوي، ودرجة الحرارة. يقيس جهاز POAM II امتصاص الإشعاع الشمسي في تسع قنوات نطاق ضيقة، تغطي النطاق الطيفي من حوالي 350 إلى 1060  نانومتر.
  • رصد الهباء الجوي الكبريتي بواسطة جهازي SAGE وHALOE . أُطلق جهاز الاستشعار SAGE II (تجربة الهباء الجوي والغازات في طبقة الستراتوسفير II) إلى مدار مائل بزاوية 57 درجة على متن قمر ERBS (قمر ميزانية إشعاع الأرض) في أكتوبر 1984. خلال كل شروق وغروب للشمس يمر به القمر الصناعي، يستخدم الجهاز تقنية الاحتجاب الشمسي لقياس الإشعاع الشمسي المخفف عبر حافة الأرض في سبع قنوات مركزية عند أطوال موجية تتراوح من 0.385 إلى 1.02 ميكرومتر. وصف هيرفيج وآخرون [1998] استرجاع توزيعات أحجام الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير بناءً على قياسات امتصاص الجسيمات متعددة الأطوال الموجية لجهاز HALOE. ينتج عن هذا النهج توزيعات أحجام لوغاريتمية طبيعية أحادية النمط، والتي تصف تركيز الهباء الجوي مقابل نصف القطر باستخدام ثلاثة معايير: إجمالي تركيز الهباء الجوي، ونصف القطر المتوسط، وعرض التوزيع. يقدم هذا الموقع نتائج تستند إلى دراسة هيرفيج وآخرون. [1998]، باستثناء واحد. تستند نتائج الاسترجاع المذكورة هنا إلى معاملات انكسار الكبريتات عند 215 كلفن، بينما استخدم هيرفيج وآخرون [1998] معاملات درجة حرارة الغرفة المعدلة لدرجات حرارة الستراتوسفير باستخدام قاعدة لورنتز-لورنز. تم استرجاع توزيعات الأحجام فقط على ارتفاعات أعلى من قمم السحب التروبوسفيرية. تم تحديد السحب باستخدام التقنيات التي وصفها هيرفيج وماكهيو [1999]. تتوفر توزيعات أحجام HALOE في ملفات NetCDF تحتوي على بيانات لسنة واحدة. تُعرض النتائج على شبكة ارتفاع موحدة تتراوح من 6 إلى 33  كم  بتباعد 0.3 كم. يبلغ تباعد الارتفاع الأصلي لـ HALOE 0.3  كم، لذا فإن هذا الاستيفاء له تأثير ضئيل أو معدوم على البيانات. تتضمن الملفات بيانات الملف الشخصي، بما في ذلك: الارتفاع، والضغط، ودرجة الحرارة، وتركيز الهباء الجوي، ونصف القطر المتوسط، وعرض التوزيع، وتركيب الهباء الجوي. يمكن حساب مساحة سطح الهباء الجوي وكثافته الحجمية بسهولة من معلمات توزيع الحجم باستخدام العلاقات الواردة هنا .
  • بيانات القمر الصناعي لأبحاث الغلاف الجوي العلوي (UARS). تتوفر بيانات UARS من مركز الأرشيف النشط الموزع التابع لهيئة علوم الأرض (GES). أُطلق القمر الصناعي UARS عام 1991 بواسطة مكوك الفضاء ديسكفري. يبلغ طوله 11 مترًا (35 قدمًا) ، وقطره 4.6 مترًا (15 قدمًا) ، ويزن 6000 كيلوغرام (13000 رطل)، ويحمل 10 أجهزة. يدور UARS على ارتفاع 604 كيلومترات (375 ميلًا) بميل مداري قدره 57 درجة. قاس UARS الأوزون والمركبات الكيميائية الموجودة في طبقة الأوزون والتي تؤثر على كيمياء الأوزون وعملياته. كما قاس UARS الرياح ودرجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير، بالإضافة إلى الطاقة القادمة من الشمس. ساهمت هذه البيانات مجتمعة في تحديد دور الغلاف الجوي العلوي في المناخ وتقلباته.   
  • البياض السطحي . يُعدّ انعكاس السطح ذا أهمية بالغة في عملية التحلل الضوئي للغلاف الجوي . توفر أجهزة مثل مطياف رسم خرائط الأوزون الكلي (TOMS) وجهاز مراقبة الأوزون (OMI) بيانات يومية عالمية.

انظر أيضاً